(57)【要約】【課題】液体燃料直接供給形燃料電池のアノードより生成される二酸化炭素などの気体が、電極に付着することを防止することができる液体燃料直接供給形燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜１６と、電解質膜１６の一方の面に設けらたアノード電極１２と、電解質膜１６の他方の面に設けらたカソード電極１４と、アノード電極１２に隣接して設けられ、アノード電極１２に液体燃料を供給するメタノール燃料貯蔵部２６と、を備える液体燃料直接供給形のＤＭＦＣ１０において、メタノール燃料貯蔵部２６に固体粒子７０を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2006269413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、前記アノード電極に隣接して設けられ、前記アノード電極に液体燃料を供給する液体燃料貯蔵部と、を備える液体燃料直接供給形の燃料電池であって、
前記液体燃料貯蔵部に固体粒子を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記固体粒子は、前記液体燃料に対して、難溶性を有する物質からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記固体粒子は、形状の異なる複数種類の固体粒子からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記固体粒子は、密度の異なる複数種類の固体粒子からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池は、前記アノード電極より生成される気体が滞留する面が、水平ではないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、前記アノード電極に隣接して設けられ、前記アノード電極に液体燃料を供給する液体燃料貯蔵部と、を有する液体燃料直接供給形の燃料電池と、
前記液体燃料貯蔵部に補充される液体燃料を貯蔵する燃料保持部と、
前記燃料電池および前記燃料保持部を収容する筐体と、
前記燃料電池の少なくとも１つの外面と前記外面と対向する前記筐体の内面とを接続する少なくとも１つの弾性体と、
を備えることを特徴とする燃料電池収容ケース。
【請求項７】
少なくとも一対の前記燃料電池の外面と前記外面に対向する前記筐体の内面が複数の弾性体によって接続され、
前記複数の弾性体のうち少なくとも２つの弾性体が互いに異なる固有振動数を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項８】
前記燃料電池の複数の外面と前記各外面に対向する前記筐体の内面とがそれぞれ弾性体によって接続され、
複数の外面と内面の対のうち、少なくとも２つの対に設けられた弾性体の固有振動数が互いに異なっていていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項９】
前記燃料保持部が前記燃料電池に取り付けられてることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１０】
前記燃料保持部は、前記筐体内の一部を密閉することにより形成され、
前記燃料保持部と前記液体燃料貯蔵部とを接続し、前記燃料保持部に蓄えられた液体燃料を吸い上げて前記液体燃料貯蔵部に供給する燃料補充材をさらに備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１１】
前記弾性体が接続された前記筐体の内面が前記燃料保持部を形成する部材の面であり、前記燃料補充材が前記弾性体に組み付けられていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１２】
前記燃料電池で発電された電力により充電する充電部と、
前記燃料電池からの電力を前記充電部に供給する充電回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１３】
前記筐体および前記充電部が搭載された基部をさらに備え、
前記燃料電池のカソード側に対向する前記筐体のカソード側面および前記燃料電池のアノード側に対向する前記筐体のアノード側面に開口が設けられ、
前記アノード側面に離間して前記充電部が前記基部に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１４】
前記弾性体のうち少なくとも１つが前記燃料電池と前記充電回路とを電気的に接続する導電材料であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１５】
前記弾性体のうち少なくとも１つがコイルばねであり、
前記燃料電池と前記充電回路とを電気的に接続する導体が前記コイルばねのコイル内部を通って設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１６】
前記アノード側面に設けられた開口および／または前記カソード側面に設けられた開口を開閉可能な開閉部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１７】
前記液体燃料貯蔵部に固体粒子を備えることを特徴とする請求項６乃至１６のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１８】
前記固体粒子は、前記液体燃料に対して、難溶性を有する物質からなることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項１９】
前記固体粒子は、形状の異なる複数種類の固体粒子からなることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の燃料電池収容ケース。
【請求項２０】
前記固体粒子は、密度の異なる複数種類の固体粒子からなることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の燃料電池収容ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料直接供給形の燃料電池に関し、具体的には、液体燃料直接供給形燃料電池のアノードより生成される二酸化炭素などの気体が、電極に付着することを防止することができる液体燃料直接供給形の燃料電池および燃料電池収容ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
上記のように、ＤＭＦＣのアノードでは二酸化炭素が生成される。この二酸化炭素は、炭酸イオンあるいは気体として燃料であるメタノール水溶液中に混在すると、アノード電極への燃料の供給を阻害するなどの問題があり、様々な対策が採られている。
【特許文献１】特開２００４−０３９３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の二酸化炭素を除去する方法では、燃料であるメタノール水溶液中に混在する二酸化炭素を除去することはできるが、アノード電極に付着し、微細な燃料供給経路を遮断してしまう気泡状の二酸化炭素を除去することは困難であった。このアノード電極中の燃料供給経路を塞いでしまう二酸化炭素を除去しないことには、燃料供給経路を充分に確保することができず、ＤＭＦＣの発電効率が低下してしまうという問題があり、特に、アノード電極への燃料の供給にポンプなどの強制的な供給手段を持たない、所謂パッシブ形と呼ばれるＤＭＦＣでは、その傾向が顕著であった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ＤＭＦＣを含む液体燃料直接供給形の燃料電池のアノードより生成される二酸化炭素などの気体が、電極に付着することを防止することができる液体燃料直接供給形の燃料電池および燃料電池収容ケースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のある態様は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、アノード電極に隣接して設けられ、アノード電極に液体燃料を供給する液体燃料貯蔵部と、を備える液体燃料直接供給形の燃料電池であって、液体燃料貯蔵部に固体粒子を備えることを特徴とする。これにより、アノードより生成される二酸化炭素などの気体が、電極に付着することを防止することができる。ここで、固体粒子とは、−１０℃〜＋５０℃程度の通常燃料電池が使用される常温の温度域において、固体の状態で存在する粒子、即ち、少なくとも融点が１００℃以上の物質からなる粒子をいう。
【０００８】
上記態様の燃料電池において、固体粒子は、液体燃料に対して、難溶性を有する物質からなっていてもよい。これにより、上記態様の効果に加え、固体粒子が液体燃料によって溶解してしまうことなく、電極に付着することを防止することができる。また、二酸化炭素が液体燃料中に溶解し、炭酸イオンとして存在すると、液体燃料が弱酸性を示すことから、固体粒子は耐酸性を有する物質であれば、なお望ましい。
【０００９】
また、上記態様の燃料電池において、固体粒子は、形状の異なる複数種類の固体粒子からなっていてもよく、固体粒子は、密度の異なる複数種類の固体粒子からなっていてもよい。これにより、上述した効果に加え、より効果的に気体が電極に付着することを防止することができ、液体燃料よりも密度の低い固体粒子なども混合することにより、燃料電池がどのような向きで配置され、あるいは、移動したとしても、気体が電極に付着することを防止することができる。
【００１０】
また、上記態様の燃料電池において、燃料電池は、アノード電極より生成される気体が滞留する面が、水平でなくてもよい。これにより、気体が滞留する面が水平ではないので、気体が所定の方向へ移動し、液体燃料貯蔵部から排出することも可能となる。
【００１１】
本発明の他の態様は、燃料電池収容ケースである。この燃料電池収容ケースは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、アノード電極に隣接して設けられ、アノード電極に液体燃料を供給する液体燃料貯蔵部と、を有する液体燃料直接供給形の燃料電池と、液体燃料貯蔵部に補充される液体燃料を貯蔵する燃料保持部と、燃料電池および燃料保持部を収容する筐体と、燃料電池の少なくとも１つの外面と外面と対向する筐体の内面とを接続する少なくとも１つの弾性体と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、燃料電池収容ケースに外力が加えられた場合に、燃料電池収容ケースに収容された燃料電池の揺動を持続させることができる。この結果、液体燃料貯蔵部に貯蔵されたメタノール溶液の流動が長続きし、電極に気泡が付着することが抑制される。
【００１３】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、少なくとも一対の燃料電池の外面と筐体の内面とが複数の弾性体によって接続され、複数の弾性体のうち少なくとも２つの弾性体が互いに異なる固有振動数を有してもよい。また、上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、燃料電池の複数の外面と各外面に対向する筐体の内面とがそれぞれ弾性体によって接続され、複数の外面と内面の対のうち、少なくとも２つの対に設けられた弾性体の固有振動数が互いに異なっていてもよい。
【００１４】
これによれば、燃料電池収容ケースに周期的な外力が与えられた場合に、いずれかの弾性体が共振する可能性が高くなるため、ＤＭＦＣの揺動をより長時間に渡って持続させることができる。
【００１５】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、燃料保持部が燃料電池に取り付けられていてもよい。これによれば、燃料保持部と燃料貯蔵部とを接続する配管が不要になる。これにより、燃料電池が揺動することにより、燃料保持部と燃料貯蔵部とを接続する配管が損傷し、メタノール溶液が漏出することが解消される。
【００１６】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、燃料保持部は、筐体内の一部を密閉することにより形成され、燃料保持部と液体燃料貯蔵部とを接続し、燃料保持部に蓄えられた液体燃料を吸い上げて液体燃料貯蔵部に供給する燃料補充材をさらに備えてもよい。
【００１７】
これによれば、燃料電池収容ケースの内部空間に形成された燃料保持部から液体燃料貯蔵部にメタノール溶液を徐々に補充することができる。
【００１８】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、弾性体が接続された筐体の内面が燃料保持部を形成する部材の面であり、燃料補充材が弾性体に組み付けられていてもよい。
【００１９】
これによれば、燃料補充材および弾性体に加わる荷重が分散するので、燃料電池収容ケースと燃料電池との接続強度を増加させることができる。
【００２０】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、燃料電池で発電された電力により充電する充電部と、燃料電池からの電力を充電部に供給する充電回路と、をさらに備えてもよい。
【００２１】
これによれば、電極に気泡が付着することが抑制された燃料電池で発電された電力を充電することができる。
【００２２】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、筐体および充電部が搭載された基部をさらに備え、燃料電池のカソード側に対向する筐体のカソード側面および燃料電池のアノード側に対向する筐体のアノード側面に開口が設けられ、アノード側面に離間して充電部が基部に設けられていてもよい。
【００２３】
これによれば、燃料電池収容ケースの外部から燃料電池のカソード側に空気を取り込むことができるとともに、電気化学反応によって生じた二酸化炭素を、燃料電池のアノード側から燃料電池収容ケースの外部へ排出することができる。
【００２４】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、弾性体のうち少なくとも１つが燃料電池と充電回路とを電気的に接続する導電材料であってもよい。
【００２５】
これによれば、部品点数を増やすことなく、燃料電池と充電回路とを電気的に接続できるので、燃料電池収容ケースの製造コストを低減することができる。
【００２６】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、弾性体のうち少なくとも１つがコイルばねであり、燃料電池と充電回路とを電気的に接続する導体のコイルばねのコイル内部を通って設けられていてもよい。
【００２７】
これによれば、弾性体が振動または横揺れしても、導体と弾性体とが衝突しないので、導体および弾性体に損傷が生じることを抑制し、燃料電池収容ケースを長寿命化することができる。
【００２８】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、アノード側面に設けられた開口および／またはカソード側面に設けられた開口を開閉可能な開閉部がさらに設けられていてもよい。
【００２９】
これにより、燃料電池を使用しないときに、燃料電池収容ケース内にに空気が入り込むことが抑制されため、燃料電池における電気化学反応を速やかに停止させることができる。
【００３０】
上記態様の燃料電池収容ケースにおいて、液体燃料貯蔵部に固体粒子を備えてもよい。この場合、固体粒子は、液体燃料に対して、難溶性を有する物質からなっていてもよい。また、固体粒子は、形状の異なる複数種類の固体粒子からなっていてもよい。また、固体粒子は、密度の異なる複数種類の固体粒子からなっていてもよい。
【００３１】
これによれば、気泡の除去作用が相乗的に働くため、アノード電極に付着した気泡をより確実に取り除くことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、ＤＭＦＣのアノードより生成される二酸化炭素などの気泡が電極に付着することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
各実施形態で使用されるＤＭＦＣ１０の基本構成について、図１を用いて詳細に説明する。
【００３４】
ＤＭＦＣ１０は、メタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が毛細管現象により供給されるアノード電極１２と空気が供給されるカソード電極１４とこのアノード電極１２とカソード電極１４とに挟持される電解質膜１６とを備えており、メタノール燃料中のメタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電する。アノード側集電体１８およびカソード側集電体２０は各セル２２に設けられた集電体であり、配線２４によってアノード側集電体１８とカソード側集電体２０とをつなぐことで、複数のセル２２を直列に接続することができる。アノード電極１２の底部には、アノード電極１２へ供給するメタノール燃料が貯蔵されるメタノール燃料貯蔵部２６が設けられており、メタノール燃料貯蔵部２６に満たされたメタノール燃料は、メタノール燃料供給口２８からアノード側集電体１８を介して、アノード電極１２を構成するアノード電極基材３０の毛細管現象により、アノード触媒層３２へ供給される。一方、空気は、筐体３４の上部に空気取込口３６が設けられており、この空気取込口３６から自然に生じる空気の流れを利用してカソード触媒層３８へ供給される。本実施の形態において、アノード電極１２およびカソード電極１４は、アノード電極基材３０、カソード電極基材４０上にアノード触媒層３２、カソード触媒層３８を形成するタイプのものを用いたが、メタノールからＨ+を、また、Ｈ+と酸素から水を生成する触媒機能を有する触媒層３２、３８が存在すればよく、電極の構成はこれに限定されない。
【００３５】
（実施形態１）
図２は、燃料カートリッジ５０をＤＭＦＣ１０に取り付けた状態のＤＭＦＣシステム１００の基本構成を示す断面図であり、燃料カートリッジ５０の内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填されている。この燃料カートリッジ５０はＤＭＦＣ１０のメタノール燃料貯蔵部２６へメタノールを補充するための燃料供給接続口５２を備えており、燃料供給接続口５２をＤＭＦＣ１０側の対応する部分に挿入することにより、ＤＭＦＣ１０と燃料カートリッジ５０とが接続される。
【００３６】
メタノール燃料貯蔵部２６内のメタノール燃料は、メタノール燃料供給口２８からアノード側集電体１８を介して、アノード電極基材３０の毛細管現象により吸い上げられ、アノード触媒層３２上でメタノールが酸化される（式（１））。アノード触媒層３２での反応は次のようになる。
【００３７】
【化１】
2006269413.tif 000003
【００３８】
メタノールが酸化されて得られるプロトンは、電解質膜１６の中を拡散してカソード電極１４のカソード触媒層３８へ到達し、アノード電極１２で発生した電気は、アノード側集電体１８を介してカソード電極１４側のカソード側集電体２０へ到達する。一方、筐体３４の空気取込口３６から取り込まれた空気中の酸素は、カソード電極１４のカソード触媒層３８へ到達し、アノード電極１２から得られたプロトンと電子を受領することにより酸素を還元し、水を生成する（式（２））。カソード触媒層３８での反応は次のようになる。
【００３９】
【化２】
2006269413.tif 000004
【００４０】
このようにセル２２により取り出される電気を、携帯機器と接続することにより携帯機器を直接駆動することや、二次電池等の充電に使用することができる。
【００４１】
式１に示したように、アノード触媒層３２でのメタノール酸化反応では二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素は、ある濃度以上になると気体（気泡）６０となって、多孔質なアノード側集電体１８やアノード電極基材３０の孔部に入り込む。アノード電極基材３０は、平均孔径数μｍ〜数十μｍの無数の孔が、アノード触媒層３２への燃料供給経路となっているため、ここに気泡６０となった二酸化炭素が入り込むと、燃料供給経路が塞がれ、アノード触媒層３２へのメタノールの供給量が減少してしまう。
【００４２】
そこで、メタノール燃料貯蔵部２６内に、メタノールや炭酸イオンとの反応性が低い材質で作製された直径１００μｍ〜数ｍｍ（メタノール燃料貯蔵部２６の高さ寸法よりもクリアランス分小さい寸法）の粒子（ビーズ）７０を導入する。ビーズ７０は、メタノール燃料貯蔵部２６の高さ寸法よりも若干小さいものであれば１個〜５個程度、数百μｍ程度の寸法であれば１０個〜１００個程度でよく、メタノール燃料貯蔵部２６の体積を無駄に
しないため、ビーズ７０の総体積がメタノール燃料貯蔵部２６の体積の２０％未満、望ましくは、０．００１％〜１０％程度となるように設定すれば、メタノール燃料貯蔵部２６の体積を無駄にすることなく、アノード側集電体１８やアノード電極基材３０に付着した気泡６０取り除くことができる。
【００４３】
材質はガラス、耐食性の高い金などの金属、フッ素樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）あるいはＰＥ（ポリエチレン）などがよい。また、材質や寸法の異なる複数種類のビーズ７０を導入すると、ＤＭＦＣ１０が動かされたときに、メタノール燃料中を移動するビーズ７０が材質が寸法によって様々な動きをするので、より効率的にアノード側集電体１８やアノード電極基材３０に付着した気泡６０取り除くことができる。
【００４４】
（実施形態２）
図３は、燃料カートリッジ８０をＤＭＦＣ１０に取り付けた状態のＤＭＦＣシステム２００の基本構成を示す断面図であり、燃料カートリッジ８０の内部には、実施形態１と同様に、メタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填されている。この燃料カートリッジ８０はＤＭＦＣ１０のメタノール燃料貯蔵部２６へメタノールを補充するための燃料供給接続口８２が燃料カートリッジ８０の上部に設けられており、燃料供給接続口８２をＤＭＦＣ１０側の対応する部分に挿入することにより、ＤＭＦＣ１０と燃料カートリッジ８０とが接続される。
【００４５】
本実施形態の特徴は、燃料カートリッジ８０の上面がθ（１〜１０°程度）傾斜していることであり、このような構成にすることにより、実施形態１による効果に加え、ビーズ７０によって、アノード側集電体１８やアノード電極基材３０から取り除かれた気泡６０が、メタノール燃料貯蔵部２６の上部に移動し、吸着部８４へ排出される点である。これにより、二酸化炭素を効率良くメタノール燃料貯蔵部２６から排出することができる。
【００４６】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係る燃料電池収容ケース３００の斜視図である。図５および図６は、それぞれ図４のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線上の断面図である。実施形態３に係る燃料電池収容ケース３００は、実施形態１のＤＭＦＣ１０と、ＤＭＦＣ１０に補充されるメタノールを貯蔵する燃料保持部としての燃料カートリッジ５０と、ＤＭＦＣ１０および燃料カートリッジ５０を収容する筐体３１０と、複数の弾性体３２０とを備える。燃料電池収容ケース３００には、空気の取り込み用またはＤＭＦＣ１０で生じた二酸化炭素などガスを排出するための開口３０２が設けられている。この燃料電池収容ケース３００は、携帯が可能である。たとえば、ユーザは、携帯型の情報機器の電源として、燃料電池収容ケース３００に取り付けられたひもを首にかけることにより燃料電池収容ケース３００を持ち歩くことができる。
【００４７】
図５および図６に示すように、ＤＭＦＣ１０の各外面と、ＤＭＦＣ１０の各外面に対向する筐体３１０の各内面とは、それぞれ弾性体３２０によって接続されている。弾性体３２０としては、たとえば、コイルばねを用いることができる。以下において、個々の弾性体３２０を区別するために、弾性体３２０ａ、３２０ｂなどのように表記する場合がある。
【００４８】
これによれば、たとえば、燃料電池収容ケース３００を携帯したユーザが歩くことなどにより、燃料電池収容ケース３００に外力が与えられると、弾性体３２０が振動する。すなわち、燃料電池収容ケース３００に一旦外力が与えられると、燃料電池収容ケース３００内のＤＭＦＣ１０が揺動しはじめ、その動きが長続きする。この結果、ＤＭＦＣ１０の一部であるメタノール燃料貯蔵部２６に貯蔵されたメタノールの流動も長続きするため、アノード側集電体１８およびアノード電極基材３０に気泡６０が付着しにくくなる（図２参照）。メタノール燃料貯蔵部２６内のメタノールの流動は、ＤＭＦＣ１０の揺動が停止した後も持続し得るため、気泡６０の付着抑制効果はより長続きする。
【００４９】
さらに、本実施形態では、メタノール燃料貯蔵部２６にビーズ７０（図２参照）が含有されていることにより、気泡の除去作用が相乗的に働く。この結果、アノード側集電体１８およびアノード電極基材３０に付着した気泡６０をより確実に取り除くことができる。
【００５０】
各弾性体３２０の固有振動数は、互いに異なっていることが好ましい。これによれば、燃料電池収容ケース３００に周期的な外力が与えられた場合に、いずれかの弾性体３２０が共振する可能性が高くなるため、ＤＭＦＣ１０の揺動をより長時間に渡って持続させることができる。
【００５１】
本実施形態では、燃料カートリッジ５０がＤＭＦＣ１０に取り付けられているため、燃料カートリッジ５０とＤＭＦＣ１０のメタノール燃料貯蔵部２６とを接続する配管が不要になる。これにより、ＤＭＦＣ１０が揺動することにより、燃料カートリッジ５０とメタノール燃料貯蔵部２６とを接続する配管が損傷し、メタノール溶液が漏出することが解消される。
【００５２】
（実施形態４）
実施形態４に係る燃料電池収容ケース３００の基本的な構造は実施形態３と同様である。実施形態４の説明において、実施形態３と同様な構成については適宜説明を省略する。
【００５３】
図７は、実施形態４に係る燃料電池収容ケース３００の構造を示す断面図である。本実施形態は、実施形態３の燃料カートリッジ５０に代えて、筐体３１０内の一部を密閉することにより形成された燃料格納部３３０を備えている。具体的には、筐体３１０の内部空間が仕切部材３４０により仕切られることにより燃料格納部３３０が形成されている。この場合、ＤＭＦＣ１０側の仕切部材３４０の表面が、燃料電池収容ケース３００の内面となる。本実施形態では、ＤＭＦＣ１０側の仕切部材３４０の表面と、これに対向するＤＭＦＣ１０の外面とが弾性体３２０ａにより接続されている。この場合には、仕切部材３４０は剛性を有することが好ましい。
【００５４】
燃料補充材３５０は、仕切部材３４０を貫通し、メタノール燃料貯蔵部２６と燃料格納部３３０内部の空間とを接続する。本実施形態では、燃料補充材３５０が仕切部材３４０に設けられた弾性体３２０に組み付けられている。具体的には、図８に示すように、燃料補充材３５０が弾性体３２０としてのコイルばねのコイルの内部に配設されている。これによれば、燃料補充材３５０および燃料補充材３５０に組み付けられた弾性体３２０に加わる荷重が分散し、燃料電池収容ケース３００とＤＭＦＣ１０との接続強度を増加させることができる。なお、図８では、１本の燃料補充材３５０が例示されているが、コイルばねのコイルの内部に複数本の燃料補充材３５０が配設されていてもよい。
【００５５】
燃料補充材３５０は、柔軟性を有し、かつメタノール溶液を吸い上げることができる部材、たとえば、ポリエステルにより形成することができる。
【００５６】
これによれば、燃料電池収容ケース３００の内部空間を利用して形成された燃料格納部３３０にメタノール溶液を貯蔵することができる。さらに、燃料補充材３５０により、燃料格納部３３０内のメタノール溶液に浸漬した部分からメタノール溶液が吸い上げられ、メタノール燃料貯蔵部２６にメタノール溶液が徐々に補充される。
【００５７】
なお、本実施形態では、燃料電池収容ケース３００内の下方に燃料格納部３３０が設けられているが、燃料格納部３３０は燃料電池収容ケース３００内の上方または側部に形成されていてもよい。また、燃料格納部３３０は、燃料電池収容ケース３００内の複数箇所に設けられていてもよい。たとえば、燃料電池収容ケース３００の向きが変わっても、いずれかの燃料格納部３３０内のメタノール溶液に燃料補充材３５０が浸漬するように、燃料電池収容ケース３００内に燃料格納部３３０を配設することが好ましい。これによれば、燃料電池収容ケース３００の向きによらず、メタノール燃料貯蔵部２６にメタノール溶液を確実に補充することができる。
【００５８】
（実施形態５）
図９は、実施形態５に係る燃料電池収容ケース３００の構成を示す斜視図である。図１０および図１１は、それぞれ図９のＣ−Ｃ’線およびＤ−Ｄ’線上の断面図である。
実施形態５の燃料電池収容ケース３００は、実施形態３の構成に加えて、リチウム二次電池４００および充電回路４１０を備える。
【００５９】
リチウム二次電池４００は、ＤＭＦＣ１０によって発電された電力を充電する。リチウム二次電池４００は、筐体３１０を搭載した基部４２０の上に、筐体３１０と離間した状態で搭載されている。本実施形態では、ＤＭＦＣ１０のアノード側に対向する筐体３１０の面４１２がリチウム二次電池４００側になり、ＤＭＦＣ１０のカソード側に対向する筐体３１０の面４１４がリチウム二次電池４００と反対側になるように、筐体３１０およびリチウム二次電池４００が配設されている。筐体３１０の面４１２および面４１４には、開口４３０、開口４３２がそれぞれ設けられている。これによれば、燃料電池収容ケース３００の外部からＤＭＦＣ１０のカソード側に空気を取り込むことができるとともに、電気化学反応によって生じた二酸化炭素を、ＤＭＦＣ１０のアノード側から燃料電池収容ケース３００の外部へ排出することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、筐体３１０の下方部分に吸水部材４８０が設置されている。吸水部材４８０は、筐体３１０に設けられた取り出し穴４５２から出し入れ可能になっている。ＤＭＦＣ１０で生成した水が筐体３１０の下方に落ちた場合に、吸水部材４８０が水を吸収し、保持する。これによれば、筐体３１０に滞留した水が筐体３１０内を飛び散ることが抑制される。吸水部材４８０の吸水性が低下した場合には、吸水部材４８０を取り出して交換することができる。
【００６１】
筐体３１０の面４１２側および面４１４側には、レール４４０およびレール４４２がそれぞれ配設されている。レール４４０およびレール４４２には図１２に示すような構造のシャッター４５０を出し入れすることができる。シャッター４５０は、レール４４０に沿ってスライドするプレート４６０およびレール４４２に沿ってスライドするプレート４６２を有する。シャッター４５０が引き抜かれた状態では、開口４３０および開口４３２によって、筐体３１０の内部と外部とが連通している。シャッター４５０をスライドさせてレール４４０およびレール４４２に差し込むことにより、開口４３０、開口４３２を塞ぐことができる。これにより、ＤＭＦＣ１０を使用しないときに、燃料電池収容ケース３００内に空気が入り込みむことが抑制されるため、ＤＭＦＣ１０における電気化学反応を速やかに停止させることができる。
【００６２】
充電回路４１０は、筐体３１０を搭載した基部４２０に内蔵されている。充電回路４１０により、ＤＭＦＣ１０によって発電された電力が所定の電圧に変換された後、リチウム二次電池４００に供給される。
【００６３】
充電回路４１０とＤＭＦＣ１０のアノードおよびカソードは、それぞれ導電性を有する弾性体３２０ｂ、弾性体３２０ｃによって電気的に接続されている。これによれば、部品点数を増やすことなく、ＤＭＦＣ１０と充電回路４１０とを電気的に接続できるので、燃料電池収容ケース３００の製造コストを低減することができる。
【００６４】
実施形態の燃料電池収容ケース３００では、弾性体３２０がＤＭＦＣ１０と充電回路４１０とを電気的に接続する導体を兼ねているが、ＤＭＦＣ１０と充電回路４１０との電気的な接続方法はこれに限られない。たとえば、図１３に示す燃料電池収容ケース３００のように、ＤＭＦＣ１０のアノードに接続される導体５００およびＤＭＦＣ１０のカソードに接続される導体５０２がそれぞれ弾性体３２０として用いられるコイルばねのコイルの内部を通って配設されていてもよい。この場合、導体５００および導体５０２は、弾性体３２０の伸縮に対応できるように、十分に余裕を持った長さであることが望ましい。これによれば、弾性体３２０が振動または横揺れしても、導体５００および導体５０２に弾性体３２０が衝突しないので、導体５００、導体５０２および弾性体３２０に損傷が生じることが抑制され、燃料電池収容ケース３００が長寿命化する。なお、導体５００と導体５０２とを絶縁することにより、導体５００および導体５０２を１本の弾性体３２０たるコイルばねのコイルの内部に配設することができる。
【００６５】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【００６６】
たとえば、実施形態４に係る燃料電池収容ケース３００では、弾性体３２０ａによって、ＤＭＦＣ１０側の仕切部材３４０の表面と、これに対向するＤＭＦＣ１０の外面とが接続されているが、これに限られない。弾性体３２０ａは、仕切部材３４０を貫通し、ＤＭＦＣ１０の外面と対向する筐体３１０本来の内面に接続されていてもよい。この場合には、仕切部材３４０に柔軟性を持たせることが好ましい。
【００６７】
また、図１４に示すように、実施形態５のシャッター４５０において、プレート４６０に開口４３０に合わせて開口４７０を設け、プレート４６２に開口４３２に合わせて開口４７２を設けてもよい。この場合、レール４４０方向に隣接する開口４３０の間隔をレール４４０方向の開口４３０の幅以上とし、レール４４２方向に隣接する開口４３２の間隔をレール４４２方向の開口４３２の幅以上とする（図９参照）。これによれば、開口４３０および開口４３２を開閉するために、シャッター４５０を完全に出し入れする必要がなくなり、シャッター４５０の移動距離を必要最小現にすることができる。
【００６８】
実施形態５では、スライド式のシャッターによって開口４３０および開口４３２が開閉可能になっているが、開口４３０および開口４３２の開閉手段はこれに限られない。たとえば、蝶番によって開閉する蓋を用いて開口４３０および開口４３２を開閉してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、メタノールに限らず、液体燃料を直接燃料電池へ供給するタイプの燃料電池であれば利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】各実施形態で使用されるＤＭＦＣの基本構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係るＤＭＦＣシステムを示す断面図である。
【図３】実施形態２に係るＤＭＦＣシステムを示す断面図である。
【図４】実施形態３に係る燃料電池収容ケースの斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’線上の燃料電池収容ケースの断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ’線上の燃料電池収容ケースの断面図である。
【図７】実施形態４に係る燃料電池収容ケースの構造を示す断面図である。
【図８】実施形態４で用いられる燃料補充材および弾性体の構造を示す図である。
【図９】実施形態５に係る燃料電池収容ケースの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ’線上の燃料電池収容ケースの断面図である。
【図１１】図９のＤ−Ｄ’線上の燃料電池収容ケースの断面図である。
【図１２】実施形態５で用いられるシャッターの斜視図である。
【図１３】実施形態５に係る燃料電池収容ケースにおいて、アノードおよびカソードと充電回路との他の接続方法を示す図である。
【図１４】変形例にかかるシャッターの斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  ＤＭＦＣ（ダイレクトメタノール燃料電池）、１２  アノード電極、１４  カソード電極、１６  電解質膜、１８  アノード側集電体、２０  カソード側集電体、２２  セル、２４  配線、２６  メタノール燃料貯蔵部、２８  メタノール燃料供給口、３０  アノード電極基材、３２  アノード触媒層、３４  筐体、３６  空気取込口、３８  カソード触媒層、４０  カソード電極基材、５０，８０  燃料カートリッジ、５２，８２燃料供給接続口、６０  気体（気泡）、７０  粒子（ビーズ）、８４  吸着部、１００、２００  ＤＭＦＣシステム、３００  燃料電池収容ケース、３１０  筐体、３２０  弾性体、４００  リチウム二次電池、４１０  充電回路。
【図１】
2006269413.tif 000005
【図２】
2006269413.tif 000006
【図３】
2006269413.tif 000007
【図４】
2006269413.tif 000008
【図５】
2006269413.tif 000009
【図６】
2006269413.tif 000010
【図７】
2006269413.tif 000011
【図８】
2006269413.tif 000012
【図９】
2006269413.tif 000013
【図１０】
2006269413.tif 000014
【図１１】
2006269413.tif 000015
【図１２】
2006269413.tif 000016
【図１３】
2006269413.tif 000017
【図１４】
2006269413.tif 000018